NTP-SNTP時(shí)鐘協(xié)議原理

NTP/SNTP--網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步協(xié)議NTP--網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘同步協(xié)議概述NTP/SNTP簡介NTP工作原理NTP報(bào)文格式NTP協(xié)議算法NTP工作模式NTP應(yīng)用建議IEEE1588原理概述 隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，在許多要求實(shí)時(shí)性的應(yīng)用場合，通信系統(tǒng)必須保證傳輸實(shí)時(shí)性的確定性、精確性、穩(wěn)定性。網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議(networktimeprotocol，NTP)由美國德拉瓦大學(xué)的DavidLMills教授于1985年提出，是用于設(shè)計(jì)使Internet上的計(jì)算機(jī)保持時(shí)間同步的一種通信協(xié)議。概述

網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議可以估算出數(shù)據(jù)包在Internet上的往返延遲，并可獨(dú)立地估算計(jì)算機(jī)時(shí)鐘偏差。在大多數(shù)的環(huán)境中，NTP可以提供l～50ms的可靠時(shí)間源。 在實(shí)際很多應(yīng)用中，秒級的精確度就足夠了。在這種情況下，簡單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議(simple

networktimeprotocol，SNTP)出現(xiàn)了，它通過簡化原來的訪問協(xié)議，在保證時(shí)間精確度的前提下，使得對網(wǎng)絡(luò)時(shí)間的開發(fā)和應(yīng)用變得容易。NTP

簡介由RFC1305定義的時(shí)間同步協(xié)議在分布式時(shí)間服務(wù)器和客戶端之間進(jìn)行時(shí)間同步NTP基于UDP報(bào)文傳輸，端口號為123采用分層的方法來定義時(shí)鐘的準(zhǔn)確度支持訪問控制和MD5加密驗(yàn)證可以采用單播、組播或廣播方式發(fā)送協(xié)議報(bào)文NTP簡介 簡單網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議（SNTP）由RFC1769文檔定義。SNTP能夠與NTP協(xié)議具有互操作性，即SNTP客戶可以與NTP服務(wù)器協(xié)同工作，同樣NTP客戶也可以接收SNTP服務(wù)器發(fā)出的授時(shí)信息。

這是因?yàn)镹TP和SNTP的數(shù)據(jù)包格式是一樣的，計(jì)算客戶時(shí)間、時(shí)間偏差以及包往返時(shí)延的算法也是一樣的。因此NTP和SNTP實(shí)際上是無法分割的。NTP簡介 時(shí)鐘層的概念：

時(shí)鐘的層數(shù)決定了時(shí)鐘的準(zhǔn)確度，其取值范圍為0～15。參考時(shí)鐘的層數(shù)取值范圍為0～15，準(zhǔn)確度從0到15依次遞減。層數(shù)為0的時(shí)鐘處于子網(wǎng)特殊位置，是基準(zhǔn)時(shí)間參考源，目前普遍采用GPS的UTC時(shí)間源。NTP工作原理

NTP主要通過交換時(shí)間服務(wù)器和客戶端的時(shí)間戳，計(jì)算出客戶端相對于服務(wù)器的時(shí)延和偏差，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)間的同步。 假設(shè)交換機(jī)A和交換機(jī)B通過以太網(wǎng)端口相連，B做為NTP服務(wù)器。 同步之前A的時(shí)鐘設(shè)定為10:00:00，B的時(shí)鐘設(shè)定為11:00:00。

數(shù)據(jù)包在A和B之間單向傳輸所需要的時(shí)間為1秒。NTP工作原理NTP工作原理圖NTP工作原理NTP工作原理圖NTP工作原理clientserverT1T2T3T4T1+tT3-td/2d/2時(shí)間序列圖雙向時(shí)延：d=（T4-T1）-（T3-T2）A相對B的時(shí)間差：offset=（（T2-T1）+（T3-T4））/2如果往返的傳輸時(shí)間相等，根據(jù)四個(gè)時(shí)刻可以求得時(shí)鐘偏差和傳輸時(shí)間NTP報(bào)文格式StratPollLIModeVNNTPv3andv4RootDelayRootDispersionReferenceIdentifierReferenceTimestamp(64)OriginateTimestamp(64)ReceiveTimestamp(64)TransmitTimestamp(64)MessageHash(64or128)Seconds(32)Fraction(32)NTP時(shí)間戳(64bits)Authenticator字段可選，用來存放認(rèn)證密鑰或加密碼Key/AlgorithmIdentifier(32)CryptosumAuthenticator(Optional)ExtensionField1(optional)ExtensionField2…(optional)NTPv4onlyPrecExtensionField(填充至32-bit)FieldLengthFieldTypeNTPv4ExtensionField最后一個(gè)擴(kuò)展域（field）填充至64-bitauthenticationonly0258162432LI：閏秒標(biāo)示器VN：版本號Mode：工作模式Stratum：時(shí)鐘層Poll：測試間隔Prec：本地時(shí)鐘精度RootDelay：根時(shí)延RootDispersion：根時(shí)誤差ReferenceIdentifier：參考時(shí)鐘標(biāo)識NTP協(xié)議算法時(shí)間濾波算法時(shí)間選擇算法聚類算法時(shí)鐘調(diào)節(jié)算法

這些算法并不是NTP協(xié)議的固有部分，但是NTP的實(shí)現(xiàn)卻有賴于這些算法。NTP工作模式 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和交換機(jī)在以太網(wǎng)中的位置，交換機(jī)共有4種NTP工作模式進(jìn)行時(shí)間同步。 1.服務(wù)器/客戶端模式（server/client） 2.對等體模式（symmetricactive/symmetricpassive） 3.廣播模式（broadcastserver/broadcastclient） 4.組播模式（multicastserver/muticastclient）NTP工作模式 1.服務(wù)器/客戶端模式NTP工作模式 2.對等體模式NTP工作模式 3.廣播模式NTP工作模式 4.組播模式NTP應(yīng)用建議盡量在本地局域網(wǎng)部署SNTP服務(wù)器，Internet上公用的SNTP服務(wù)器時(shí)延具有不確定性，會(huì)對授時(shí)精度產(chǎn)生影響?？蛻舳耸跁r(shí)請求要大于1min，以免SNTP服務(wù)器負(fù)擔(dān)過重，無法及時(shí)響應(yīng)。高可靠性系統(tǒng)中，最好配置多臺(tái)SNTP服務(wù)器，利用DNS實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡?？蛻舳藨?yīng)能夠識別服務(wù)器故障，一旦發(fā)現(xiàn)故障，應(yīng)丟棄時(shí)間戳，轉(zhuǎn)向其他服務(wù)器請求授時(shí)。附：NTP/SNTP與IEEE1588對比NTP/SNTP授時(shí)精度不高的原因（>=1ms）網(wǎng)絡(luò)路徑時(shí)間應(yīng)用層表示層數(shù)據(jù)鏈路層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層應(yīng)用層表示層數(shù)據(jù)鏈路層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層寫入/讀取時(shí)間戳報(bào)文編碼報(bào)文解碼不確定不確定不確定三個(gè)環(huán)節(jié)都具有不確定性，d1與d2不相等，偏差大在高層（應(yīng)用層）打時(shí)間戳，傳輸時(shí)間包含三個(gè)環(huán)節(jié)附：NTP/SNTP與IEEE1588對比舉例說明網(wǎng)絡(luò)路徑時(shí)間應(yīng)用層表示層數(shù)據(jù)鏈路層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層應(yīng)用層表示層數(shù)據(jù)鏈路層會(huì)話層傳輸層網(wǎng)絡(luò)層物理層主時(shí)鐘從時(shí)鐘345214d1=8d2=11IEEE1588時(shí)鐘同步（PTP）

IEEE1588協(xié)議是專門針對網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)等工業(yè)以太網(wǎng)提出的精確時(shí)鐘同步協(xié)議，它非常適合變電站內(nèi)工業(yè)以太網(wǎng)的應(yīng)用要求，加以硬件輔助就能達(dá)到μs級的同步精度。 1588協(xié)議的核心思想是網(wǎng)絡(luò)中最精確的時(shí)鐘（主時(shí)鐘）以基于包交換的方式同步所有其它時(shí)鐘（從時(shí)鐘）。IEEE1588時(shí)鐘同步原理在底層（物理層）打時(shí)間戳，避免了報(bào)文處理時(shí)間的不確定性主時(shí)鐘從時(shí)鐘T1d1T2得知T1T3跟隨報(bào)文含T1時(shí)刻得知T4d2T4物理層物理層T1T2T4T3時(shí)間戳獲取的位置答復(fù)報(bào)文含T4時(shí)刻T0主時(shí)鐘從時(shí)鐘同步報(bào)文延時(shí)請求報(bào)文延時(shí)應(yīng)答報(bào)文IEEE1588時(shí)鐘同步原理主時(shí)鐘從時(shí)鐘交換機(jī)以此類推，可以精確計(jì)算每一段傳輸路徑的延時(shí)交換機(jī)和主時(shí)鐘發(fā)送報(bào)文計(jì)算主時(shí)鐘到交換機(jī)的傳輸時(shí)間IEEE1588時(shí)鐘同步原理主時(shí)鐘從時(shí)鐘交換機(jī)交換機(jī)可記錄“同步報(bào)文”